一种液压放大式超高压燃油供给装置.pdf

本发明提供一种液压放大式超高压燃油供给装置，包括液压油油箱、燃油油箱、电控阀门、压力放大腔和电控三通阀门；所述压力放大腔内存在一个T型的活塞；压力放大腔内设置回位弹簧，压力放大腔上还设有液压油进出口、高压油出口、燃油进口以及泄油口；燃油进口通过电控阀门连通燃油油箱；液压油进出口通过电控三通阀门连通液压油油箱的供油管路，泄油口连通液压油油箱的回油管路；高压油出口连通喷油器。本发明具有的积极效果是：通过改变低压腔内的压力，可实现高压腔内燃油压力的连续可调，且压力值可超过300MPa；并且应用于低喷射间隔的喷雾特性试验时，可根据需要进行燃油供给而无需持续运转，减少了高压燃油的浪费，提高了供油效率。

1.  一种液压放大式超高压燃油供给装置，其特征在于：包括液压油泵(2)、液压油油箱(15)、压力调节阀(13)、燃油油箱(7)、电控阀门(8)、压力放大腔(9)和电控三通阀门(10)；
所述压力放大腔(9)内存在一个T型的活塞(17)，上面为活塞小头，下面为活塞大头；活塞(17)两端的侧壁面分别与压力放大腔(9)内的空腔的内壁面接触并形成良好的密封面，压力放大腔(9)内阶梯型结构与活塞大头之间设置回位弹簧(18)，压力放大腔(9)上还设有液压油进出口(16)、高压油出口(19)、燃油进口(20)以及泄油口(21)；
所述燃油进口(20)连通活塞小头一端，通过电控阀门(8)连通燃油油箱(7)；所述液压油进出口(16)通过电控三通阀门(10)连通液压油油箱(15)的供油管路，所述泄油口(21)连通液压油油箱(15)的回油管路；所述高压油出口(19)连通喷油器(5)，高压油出口(19)和喷油器(5)的管路上设有瞬态压力传感器(6)；
所述液压油泵(2)连接在液压油油箱(15)的供油管路上，供油管路上设有压力调节阀(13)。

2.  根据权利要求1所述的，其特征在于：所述液压油油箱(15)与电控三通阀门(10)之间的供油管路上依次设有冷却器(14)、压力调节阀(13)、蓄能器(12)和压力表(11)。

3.  根据权利要求1所述的液压放大式超高压燃油供给装置，其特征在于，所述供给装置的供油方法如下：
首先，开启电控阀门(8)，使燃油油箱7内的燃油从燃油进口(20)流入压力放大腔(9)的高压端，与回位弹簧(18)共同作用于活塞(17)，使其下行至最低位置，而后关闭电控阀门(8)，使燃油所处空间封闭；
之后，利用电控三通阀门(10)向压力放大腔(9)中的低压端供油，推动其内部的活塞(17)上行，压缩压力放大腔(9)内上部高压端内的燃 油体积，使其压力升高；当瞬态压力传感器(6)采集的燃油压力信号满足要求时，开启喷油器(5)进行燃油喷射；
燃油喷射结束后，改变电控三通阀门(10)和电控阀门(8)的连通状态，并且开启电控阀门(8)，由于压力放大腔(9)低压端内的液压油压力下降，使活塞(17)缓慢下行至最低位置，同时补充用于下次喷射的燃油。

一种液压放大式超高压燃油供给装置
技术领域
本发明属于发动机燃油供给技术领域，尤其是涉及一种液压放大式超高压燃油供给装置。
背景技术
减少污染物排放和提高燃油经济性是内燃机领域面临的两大挑战，在众多的解决方案中，采用高压共轨方式供油并提高燃油喷射压力是一条重要的技术路线。更高的喷射压力有助于燃油的破碎过程，可以提高燃油的雾化质量，促进燃油与空气的充分混合，提升发动机缸内的燃烧效果，进而可显著改善发动机的动力性、经济性和排放性。特别是对于柴油机而言，为了满足日益严格的排放法规的要求，高压共轨喷油系统的燃油喷射压力已提升至180MPa，而且几大著名的喷油系统研发设计公司，如德国的博世、美国的德尔福、以及日本的电装等，都致力于更高喷油压力喷油系统的研究，陆续推出了最高喷油压力可达200MPa的产品，并正在研发更高喷油压力(300MPa)的产品。
为更好地发挥出喷油压力提高带来的优势，需要重新设计燃烧室形状、进气道结构、配气相位以及喷油时刻等发动机燃烧系统参数，而掌握超高喷油压力条件下的燃油喷雾特性是开展此项工作的前提。燃油喷雾特性可以通过喷雾锥角、贯穿距离以及粒径等参数进行表征，在测量这些参数的过程中，为保证之前的燃油喷雾不会影响到测试结果，喷油器的喷射间隔要足够长，通常至少要大于30秒,而在柴油机上两次喷油的间隔在几十毫秒，两者在单位时间内的喷油总量差异巨大，因此，使用发动机上的供油系统开展燃油喷雾特性试验时会存在一定的问题。
发动机供油系统中的高压油泵通常是以发动机的凸轮轴或曲轴作为动力源，带动高压油泵内的凸轮推动柱塞做往复运动产生高压燃油。单位时间内的供油总量必须略大于喷油总量,以便保证发动机的可靠运行。而将其应用于喷雾特性测试中时，因单位时间内的喷油总量极少，供油系统内的回油量急剧增加。出现95％以上的燃油被压缩至高压后又被迫流回油箱的现象，造成稳定控制燃油压力困难、有效供油效率极低以及能源浪费严重等问题。同时，柱塞做往复运动压缩燃油过程中而产生的热量不能被燃油喷射过程带走，热量会在整个供油系统中不断累积，管路内的燃油温度会不断升高。燃油温度越高越容易气化，在被压缩以及喷射的过程中更容易出现穴蚀现象，造成密封面的磨损，进而会降低供油系统的燃油压力以及使用寿命。此外，采用传统高压油泵的结构形式产生250MPa以上的供油压力，对于加工的精度提出了极高的工艺要求，大幅度地增加了制造难度与成本。
因此需要研发一种能产生超高供油压力的装置，可以满足燃油喷雾特性测试中高喷油压力、低喷射间隔的特殊要求。
发明内容
本发明为解决上述燃油喷雾特性试验中供油装置的供油效率低、燃油易过热、喷油压力很难提高等问题，提出了一种液压放大式超高压燃油供给装置，可实现超高喷油压力(300MPa)，并可更好地适应低喷射间隔的测试条件。
本发明所采用的技术方案是基于液压放大原理，核心思想是：在密闭的腔体内存在一个可移动的变截面活塞，活塞的侧壁与腔体的内壁接触并形成密封面，保证活塞两侧腔体的相对独立且腔内压力相对稳定。活塞截面积较小的一侧对应的是高压腔，另一侧为低压腔。高压腔内注入的是用于喷雾特性测试的燃油，而低压腔内可以是燃油也可是液压油。初始时刻两侧腔体内的压力均较低，并且活塞处于静止状态。而后增大低压腔内液体的压力，活 塞的平衡状态被打破，将向高压腔方向移动压缩其内部的燃油，导致燃油压力的升高。由于腔体内液体的压强(压力)乘以活塞的受力面积等于该侧液体对活塞施加的作用力，当活塞再次恢复平衡状态时，忽略活塞与腔体间的摩擦力、活塞的重力以及燃油泄漏等因素的影响，活塞两侧液体对活塞施加的作用力应相等，所以高压腔与低压腔内压力的比值反比于其对应的活塞截面积之比，换言之，高压腔内液体的压力可以被成倍的放大。公式如下，F＝P*S；
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种液压放大式超高压燃油供给装置，包括液压油泵、液压油油箱、压力调节阀、燃油油箱、电控阀门、压力放大腔和电控三通阀门；
所述压力放大腔内存在一个T型的活塞，上面为活塞小头，下面为活塞大头；活塞两端的侧壁面分别与压力放大腔内的空腔的内壁面接触并形成良好的密封面，压力放大腔内阶梯型结构与活塞大头之间设置回位弹簧，压力放大腔上还设有液压油进出口、高压油出口、燃油进口以及泄油口；
所述燃油进口连通活塞小头一端，通过电控阀门连通燃油油箱；所述液压油进出口通过电控三通阀门连通液压油油箱的供油管路，所述泄油口连通液压油油箱的回油管路；所述高压油出口连通喷油器，高压油出口和喷油器的管路上设有瞬态压力传感器；
所述液压油泵连接在液压油油箱的供油管路上，供油管路上设有压力调节阀。
优选的，所述液压油油箱与电控三通阀门之间的供油管路上依次设有冷却器、压力调节阀、蓄能器和压力表。
所述的液压放大式超高压燃油供给装置的供油方法如下：
首先，开启电控阀门，使燃油油箱内的燃油从燃油进口流入压力放大腔的高压端，与回位弹簧共同作用于活塞，使其下行至最低位置，而后关闭电 控阀门，使燃油所处空间封闭；
之后，利用电控三通阀门向压力放大腔中的低压端供油，推动其内部的活塞上行，压缩压力放大腔内上部高压端内的燃油体积，使其压力升高；当瞬态压力传感器采集的燃油压力信号满足要求时，开启喷油器进行燃油喷射；
燃油喷射结束后，改变电控三通阀门和电控阀门的连通状态，并且开启电控阀门，由于压力放大腔低压端内的液压油压力下降，使活塞缓慢下行至最低位置，同时补充用于下次喷射的燃油。
本发明具有的优点和积极效果是：
通过改变电控三通阀门的连通状态来控制是否为压力放大腔中的低压端供油，需要进行喷雾特性测试的燃油储存在燃油油箱中，通过改变电控阀门的状态来控制是否为压力放大腔中的高压端供油，通过瞬态压力传感器采集高压端的燃油压力信号，由控制器完成对电控三通阀门和电控阀门连通状态的调整；
通过改变低压腔内的压力，可实现高压腔内燃油压力的连续可调，且压力值可超过300MPa；并且应用于低喷射间隔的喷雾特性试验时，该装置可根据需要进行燃油供给而无需持续运转，减少了高压燃油的浪费，提高了供油效率。
附图说明
图1为本发明一实施例供给装置的示意图；
图2为本发明压力放大腔的示意图，是图1中压力放大腔(9)的放大图。
图中：
1-电机，2-液压油泵，3-控制器，4-上位机，5-喷油器，6-瞬态压力传感器，7-燃油油箱，8-电控阀门，9-压力放大腔，10-电控三通阀门，11-压 力表，12-蓄能器，13-压力调节阀，14-冷却器，15-液压油油箱，16-液压油进出口，17-活塞，18-回位弹簧，19-高压油出口，20-燃油进口，21-泄油口。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施例做详细说明。
本发明一种液压放大式超高压燃油供给装置，如图1所示，包括液压油泵2、液压油油箱15、压力调节阀13、燃油油箱7、电控阀门8、压力放大腔9、电控三通阀门10和控制器3，
如图2所示，所述压力放大腔9内存在一个T型的活塞17，上面为活塞小头，下面为活塞大头；活塞17两端面截面积的比值可根据需要设计，以便实现液体压力的放大，即可以使活塞小头一侧形成数倍于活塞大头一侧的液体压力；活塞17两端的侧壁面分别与压力放大腔9内的类T型空腔的内壁面接触并形成良好的密封面，压力放大腔9内阶梯型结构与活塞大头之间设置回位弹簧18，回位弹簧18可方便活塞17下行至最低位置，此外，压力放大腔9上还设有液压油进出口16、高压油出口19、燃油进口20以及泄油口21；
所述燃油进口20设置在压力放大腔9的顶部，连通活塞小头一端，通过电控阀门8连通燃油油箱7；所述液压油进出口16通过电控三通阀门10的端口B和端口A连通液压油油箱15的供油管路，所述泄油口21连通液压油油箱15的回油管路；所述高压油出口19连通喷油器5，高压油出口19和喷油器5的管路上设有瞬态压力传感器6；
所述液压油泵2连接液压油油箱15、液压油油箱15和电控三通阀门10之间的供油管路，液压油泵2通过与其连接的电机1驱动；所述液压油油箱15与电控三通阀门10之间的供油管路上依次设有冷却器14、压力调节阀13、蓄能器12和压力表11；利用电机1驱动液压油泵2转动，使液压油的压力 提升至30MPa，通过压力调节阀13调整管路内压力，压力值通过压力表11显示，并将液压油储存在蓄能器12内，多余的液压油经过冷却器14冷却后回到液压油油箱15；
所述电控阀门8、瞬态压力传感器6、电控三通阀门10和喷油器均通过控制器3和与其连接的上位机4进行控制。
本发明液压放大式超高压燃油供给装置的工作流程如下：
将电控三通阀门10处于仅连通端口B和端口C的状态，开启电机1并调整压力调节阀13，使液压油管路中的压力升至所需值；开启电控阀门8，燃油油箱7内的燃油从燃油进口20流入压力放大腔9的高压端，与回位弹簧18共同作用于活塞17，使其下行至最低位置，而后关闭电控阀门8，使燃油所处空间封闭；
改变电控三通阀门10的连通状态，使其处于仅连通端口B和端口A的状态,液压油油箱15内的液压油从液压油进出口16流入压力放大腔9的低压端，打破了活塞17的受力平衡状态，而会使其上行压缩高压端的燃油体积，使其压力升高，高压燃油从高压油出口19流向喷油器5，当瞬态压力传感器6采集到的燃油压力信号满足试验要求时，开启喷油器5进行燃油喷射，从密封面泄漏的燃油与液压油通过泄油口21回流至液压油油箱15；
燃油喷射结束后，改变电控三通阀门10至仅连通端口B和端口C的状态,并且开启电控阀门8，由于压力放大腔9低压端内的液压油压力下降，活塞17在重力及回位弹簧18的作用下缓慢下行至最低位置，与此同时燃油补充进入高压端为下一次的燃油喷射做好准备。
通过控制器3和上位机4合理地控制电控三通阀门10的通路和电控阀门8的开启时刻，可以根据燃油喷雾特性测试的需要灵活地控制供油时刻并可实现自动连续供油；同时通过调整压力调节阀13改变液压油管路中压力值的大小，可以方便地实现高压端输出燃油压力值的连续调整；通过改变活 塞17的两端面截面积比、活塞17的小头的直径以及活塞17的行程，可以调整输出燃油的最大供油压强(可达300MPa)以及单次最大供油量。
上述超高压燃油供给装置可以更好地满足燃油喷雾特性测试中高喷油压力、低喷射间隔的特殊要求。通过合理地控制电控三通阀门10和电控阀门8的开启时刻，可以实现根据燃油喷射的需要灵活地控制供油时刻并可实现自动连续供油；通过改变压力放大腔9内变截面活塞两端面的面积比，并利用压力调节阀13适当调整液压油管路中压力值的大小，可以实现燃油输出压力可达300MPa的连续调整；通过改变压力放大腔9内活塞小头的直径以及活塞行程，可以实现对该套燃油供给装置单次最大供油量的调整。
以上对本发明的实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。